Николай Глинка - Общая химия

- 36 -

Например, простое вещество фосфор обозначают формулой Р, поскольку в зависимости от условий фосфор может состоять из молекул с различным числом атомов или иметь полимерное строение.

Формулу вещества устанавливают на основании результатов его анализа. Например, согласно данным анализа, глюкоза содержит 40,00% (масс.) углерода, 6,72% (масс.) водорода и 53,28% (масс.) кислорода. Следовательно, массы углерода, водорода и кислорода относятся друг к другу как 40,00:6,72:53,28. Обозначим искомую формулу глюкозы C xH yO z, где x, y и z — числа атомов углерода, водорода и кислорода в молекуле. Массы атомов этих элементов соответственно равны 12,01, 1,01 и 16,00 а.е.м. Поэтому в составе молекулы глюкозы находится 12,01 а.е.м. углерода, 1,01 а.е.м. водорода и 16,00 а.е.м. кислорода. Отношение этих масс равно 12,01x : 1,01y : 16,00z. Но это отношение мы уже нашли, исходя из данных анализа глюкозы. Следовательно:

12,01x : 1,01y : 16,00z = 40,00 : 6,72 : 53,28

Согласно свойствам пропорции:

x : y : z = 40,00 / 12,01 : 6,72 / 1,01 : 53,28 / 16,00

или x : y : z = 33,3 : 6,65 : 3,33 = 1 : 2 : 1.

Следовательно, в молекуле глюкозы на один атом углерода приходится два атома водорода и один атом кислорода. Этому условию удовлетворяют формулы CH 2O; C 2H 4O 2; C 3H 6O 3и т.д. Первая из этих формул - CH 2O — называется простейшей или эмпирической формулой; ей отвечает молекулярная масса 30,02. Для того чтобы узнать истинную или молекулярную формулу, необходимо знать молекулярную массу данного вещества. Глюкоза при нагревании разрушается, не переходя в газ. Но ее молекулярную массу можно определить методами, описанными в главе VII: она равна 180. из сопоставления этой молекулярной массы с молекулярной массой отвечающей простейшей формуле, ясно, что глюкозе отвечает формула C 6H 12O 6.

Познакомившись с выводом химических формул, легко понять, как устанавливают точные значения молекулярных масс. Как уже упоминалось, существующие методы определения молекулярных масс в большинстве случаев дают не вполне точные результаты. Но, зная хотя бы приближенно молекулярную массу и процентный состав вещества, можно установить его формулу, выражающую атомный состав молекулы. Поскольку молекулярная масса равняется сумме атомных масс образующих ее атомов, то, сложив атомные массы атомов, входящих в состав молекулы. Определяем молекулярную массу вещества. Точность найденной молекулярной массы будет соответствовать той точности, с которой был произведен анализ вещества.

- 37 -

Все вещества делятся на простые (элементарные) и сложные. Простые вещества состоят из одного элемента, в состав сложных входит два или более элементов. Простые вещества, в свою очередь, разделяются на металлы и неметаллы или металлоиды*.

Металлы отличаются характерным «металлическим» блеском, ковкостью, тягучестью, могут прокатываться в листы или вытягиваться в проволоку, обладают хорошей теплопроводностью и электрической проводимостью. При комнатной температуре все металлы (кроме ртути) находятся в твердом состоянии.

Неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, хрупки, очень плохо проводят теплоту и электричество. Некоторые из них при обычных условиях газообразны.

Сложные вещества делят на органические и неорганические: органическими принято называть соединения углерода**; все остальные вещества называются неорганическими (иногда минеральными).

Неорганические вещества разделяются на классы либо по составу (двухэлементные, или бинарные, соединения и многоэлементные соединения; кислородсодержащие, азотсодержащие и т.п.), либо по химическим свойствам, т.е. по функциям (кислотно-основным, окислительно-восстановительным и т.д.), которые эти вещества осуществляют в химических реакциях, - по их функциональным признакам.

К важнейшим бинарным соединениям относятся соединения элементов с кислородом (оксиды), с галогенами (галогениды или галиды), азотом (нитриды), углеродом (карбиды) , а также соединения металлических элементов с водородом (гидриды). Их названия образуются из латинского корня названия более электроотрицательного *** элемента с окончанием ид и русского названия менее электроотрицательного элемента в родительном падеже, причем в формулах бинарных соединений первым записывается символ менее электроотрицательного элемента****.

* Название «металлоиды» было введено в химию Берцелиусом (1808 г.) для обозначения простых веществ неметаллического характера. Это название неудачно, так как «металлоид» в буквальном переводе означает «металлоподобный»

** Простейшие соединения углерода (CO, CO 2, H 2CO 4и карбонаты, HCN и цианиды, карбиды и некоторые другие) обычно рассматриваются в курсе неорганической химии.

*** О понятии «электроотрицательность» см. § 40.

**** К важнейшим исключениями из последнего правила относятся соединения азота с водородом — аммиак NH3 и гидразин N2H4, в которых первым принято записывать символ более электроотрицательного азота.

- 38 -

Например, Ag 2O — оксид серебра, OF 2— фторид кислорода (фтор — более электроотрицательный элемент, чем кислород), KBr — бромид калия, Mg 3N 2— нитрид магния, CaC 2-карбид кальция (однако названия водородных соединений неметаллов. Обладающих свойствами кислот, образуются по правилам, принятым для кислот, - см. ниже). Если менее электроотрицательный элемент может находиться в разных окислительных состояниях, то после его названия в скобках указывают римскими цифрами степень его окисленности. Так, Cu 2O — оксид меди(I), CuO — оксид меди(II), CO — оксид углерода(II), CO 2— оксид углерода(IV), SF 6— фторид серы (VI). Можно также вместо степени окисленности указывать с помощью греческих числительных приставок (моно, ди, три, пента, гекса и т.д.) число атомов более электроотрицательного элемента в формуле соединения: CO — монооксид углерода (приставку «моно» часто опускают), CO 2— диоксид углерода, SF 6— гексафторид серы.

По функциональным признакам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие (безразличные). Солеобразующие оксиды, в свою очередь, подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Основныминазываются оксиды, взаимодействующие с кислотами (или с кислотными оксидами) с образованием солей. Присоединяя (непосредственно или косвенно) воду, основные оксиды образуют основания. Например, оксид кальция CaO реагирует с водой, образуя гидроксид кальция Ca(OH) 2:

CaO + H 2O = Ca(OH) 2

Оксид магния MgO — тоже основной оксид. Он малорастворим в воде, но ему соответствует основание — гидроксид магния Mg(OH) 2, который можно получить из MgO косвенным путем.

Кислотныминазываются оксиды, взаимодействующие с основаниями (или с основными оксидами) с образованием солей. Присоединяя (непосредственно или косвенно) воду, кислотные оксиды образуют кислоты. Так, триоксид серы SO 3взаимодействует с водой, образуя серную кислоту H 2SO 4: